TECHNOLOGIA REDUKCJI OSADU Z ROPY NAFTOWEJ PRZY ZASTOSOWANIU PROGRESSIVE P43®

      Personel rafinerii jest w pełni świadomy konieczności stosowania mieszadeł w zbiornikach ropy naftowej oraz potrzeby okresowego czyszczenia tych zbiorników, w celu usunięcia nagromadzonego szlamu. Szlam taki stanowi półstałe substancje, zalegające w dolnej części zbiorników magazynujących ropę naftową. Definiuje się go m.in. jako substancje gromadzące się w zbiornikach ropy, które nie mogą być usunięte zwykłymi urządzeniami pompującymi. Szlam nie posiada jednorodnej struktury chemicznej. Zazwyczaj jest mieszaniną produktów organicznych i nieorganicznych, które wraz z wodą tworzą trwałą emulsję oleju, wody i substancji stałych.

          Aby w dostarczanej ropie naftowej utrzymać składniki szlamu w postaci zawiesiny, często do obsługi zbiorników stosuje się mieszanie współbieżne.

          Narosły osad, w zbiornikach magazynowania ropy naftowej, może prowadzić do poważnych problemów, związanych z brakiem możliwości pełnego wykorzystania zbiornika, bezpieczeństwem/ochroną środowiska, zakłóceniem procesu lub zwiększeniem kosztów obsługi.

           Osadzanie się szlamu może być zminimalizowane poprzez zastosowanie odpowiedniej energii współbieżnego mieszania. 

            STRATY WYNIKAJĄCE Z GROMADZENIA SIĘ OSADU

         Koszty wynikające z gromadzenia się szlamu mogą być rozważane z punktu widzenia samego czyszczenia zbiornika ropy lub z punktu widzenia możliwości całkowitego uniknięcia kosztów związanych z jego istnieniem. Czyszczenie jednego zbiornika magazynowego ropy naftowej może być bardzo kosztowne. Związane z tym przestoje zwykle trwają od 4 do 12 tygodni, lecz mogą przeciągnąć się do 42 tygodni.

           Na poziom oszczędności możliwych do uzyskania, z tytułu prowadzenia właściwego monitoringu gospodarki osadowej mają wpływ następujące koszty:
            - oczyszczania zbiornika,
            - usuwania osadu i jego deponowania,
            - niewykorzystania pełnej objętości zbiornika z tytułu zalegania osadu,
            - niewykorzystanych węglowodorów (ok. 80% objętości osadów),
            - napraw i konserwacji zbiornika związane z gromadzeniem się szlamu.

       Widać wyraźnie, że istnieją istotne potencjalne bodźce do podjęcia decyzji o zastosowaniu wydajnej, długoterminowej strategii kontroli i redukcji osadów.

         Konieczność zapobiegania osadzania się szlamu i wprowadzania szlamu w stan zawiesiny, jako część zwykłych czynności, prowadzi w efekcie do redukcji ilości szlamu w zbiornikach magazynowania ropy naftowej. W zależności od rodzaju i koncentracji osadu w recepturze ropy, szlam może gromadzić się na dnie zbiornika z szybkością od 25 mm do 3150 mm (1 do 5 cali) miesięcznie. Nie wprowadzany w stan zawiesiny szlam może stwardnieć, z powodu zagęszczania górnych warstw, a na wyższych poziomach tworzą się kopce w wyniku przesuwania się szlamu podczas odbioru ropy i wypompowywania. Dlatego też, aby utrzymać zbiornik w czystości niezbędne jest mieszanie, w sposób ciągły lub okresowy.

          Do wprowadzenia tej metody, dostępne są dwie konkurencyjne technologie: bocznie wprowadzane mieszadła śmigłowe (SEPS) oraz urządzenie Progressive P43® z wirującym strumieniem.

          BOCZNE MIESZADŁA ŚMIGŁOWE - ich zastosowanie ogranicza się do zapobiegania osadzania się szlamu w pobliżu miejsc roboczych. Nie mogą być one wykorzystywane do ponownego wprowadzenia w stan zawiesiny szlamu, który gromadził się przez dłuższy okres czasu.

        PROGRESSIVE P43® - zatapialny układ z dyszą wyrzutową wykorzystuje sprawdzoną technologię zapobiegania gromadzenia się szlamu i ponownego doprowadzenia go do stanu zawiesiny nawet w dużych objętościach.
Wybór systemu mieszania, zależy od przyjętej strategii regulacji szlamu rafineryjnego, rodzaju istniejących urządzeń oraz kosztów specyficznych dla instalacji.

            OPIS P43®

           Ciężar urządzenia wynosi w przybliżeniu 158 kg. Wysokość 76 cm Posiada dysze, których średnica waha się od 2 do 4.5 cali, a w górnej części kryzę 8 -calową w standardzie ANSI. Urządzenie może być instalowane w istniejącym włazie ściany zbiornika podobnie jak konwencjonalne, bocznie wprowadzane mieszadło śmigłowe lub w centrum zbiornika. Dysze są ustawiane równoległe do jego dna. Sposób działania urządzenia polega na pompowaniu ropy naftowej do górnej części urządzenia. Część tego przepływu ropy obraca wirnik, znajdujący się w środku urządzenia. Wirnik ten obracający się z dużą prędkością, poprzez szereg przekładni zębatych, przekazuje powolne obroty do zewnętrznej obudowy P43®. Ropa przepływa albo przez jedną dyszę albo przez obie równocześnie, kierowana na 9dno zbiornika. Ponieważ urządzenie nieznacznie wiruje powstający strumień ropy podmiata szlam wprowadzając go w stan zawiesiny, wznosząc i rozprowadzając jednorodnie w całej objętości.

            SPOSOBY INSTALOWANIA P43®

           Instalowanie P43® można podzielić na dwie główne kategorie - montowane centralnie oraz do ściany. W konfiguracji z centralnym montażem używa się jednego P43® natomiast w przypadku konfiguracji z montażem w ścianie zbiornika można stosować różną liczbę urządzeń.

            1. URZĄDZENIA CENRALNIE MONTOWANE

           Jeden P43® jest umieszczany w centrum zbiornika a każda z dysz ma zadanie tworzenia zawiesiny szlamu przy ścianie zbiornika. Rura zasilająca może być zainstalowana poziomo poprzez jeden z włazów. System P43® jest ekonomiczny, ponieważ wystarczy tylko jedno urządzenie, a promień czyszczenia jest taki sam jak promień zbiornika. Ponadto potrzebna jest minimalna długość rury pomiędzy pompą i dyszami. Urządzenie to jednak musi być zainstalowane w zbiorniku nowym lub czystym bez zawartości gazu, z powodu konieczności przyspawania konstrukcji wspierającej do dolnej powierzchni zbiornika.
W przypadku konfiguracji montowanej centralnie zazwyczaj używane są obie dysze P43® równocześnie. Jednak w przypadku chęci ograniczenia wydajności jedna dysza może być zaślepiona, a P43®może działać przez dłuższy okres czasu.

            2. MONTOWANIE DO ŚCIANY ZBIORNIKA

           Urządzenia P43® mogą być instalowane przy ścianie zbiornika i podparte przy włazie. Konfiguracja ta jest na ogół wybierana w przypadku zbiorników, będących aktualnie w użytku, do wstępnego odszlamienia, ponieważ do zainstalowania nie jest wymagane usunięcie gazu ze zbiornika. Urządzenia mogą być pozostawione we wnętrzu do regulacji szlamu. Podczas pracy, tylko dysza skierowana przeciwnie do ściany zbiornika jest aktywna, aby uniknąć uszkodzenia ściany zbiornika spowodowanego udarami ciśnienia w przewodach rurowych. Osiąga się to za pomocą wewnętrznej przegrody, która zaślepia jedną dyszą w cyklu co 180 stopni.
           W przypadku montażu do ściany można zastosować jedno lub wiele urządzeń P43®, które będą wymagać różnych promieni czyszczenia. Jak przedstawiono na rysunku 3 promień czyszczenia, z zastosowaniem jednego P43®, jest równy średnicy zbiornika, natomiast z trzema P43® jest równy promieniowi zbiornika. W rezultacie, wymagania odnośnie pompowania, dla każdego z trzech urządzeń P43®, są takie same jak jednego urządzenia z jedną centralnie montowaną dyszą. W przypadku systemów z urządzeniami montowanymi do ściany niezbędna jest pompa o dużej wydajności. Sekwencyjne uruchamianie kilku P43® zostało sprawdzone w warunkach przemysłowych i może być stosowane do minimalizowania wydajności pompy.

            WYTYCZNE PROJEKTOWANIA DLA URZĄDZEŃ P43®

           Wymagana prędkość strumienia wynosi 0.45 m/sek (1.5 stóp/sek 1 stopa = ok. 0.31 m) i została ustalona na podstawie programu eksperymentalnego. Program ten jest używany do projektowania dysz przemysłowych dla urządzeń P43®. Do oceny projektów, zmierzających do optymalizacji systemu, można korzystać z niżej podanych wytycznych.

          Liczba urządzeń i lokalizacja P43® 
          Sposób montażu, niezbędna liczba urządzeń oraz ich umiejscowieniezależy od:
            - stanu zbiornika,
            - rozmiaru zbiornika,
            - umiejscowienia istniejących włazów.

          Centralne, czyli wewnętrzne montowanie może być stosowane, albo w przypadku zbiorników nowych, albo nie zawierających gazu. Montowanie do ściany powinno być stosowane w przypadku zbiorników aktualnie będących w użytkowaniu, ponieważ do zainstalowania niekonieczne jest spawanie.

          P43® DANE Z PRAC BADAWCZYCH I TESTÓW 

          Wymagania dotyczące pompowania

         Przy określaniu wymagań odnośnie pompowania, bierze się pod uwagę fakt, że prędkość strumienia ropy wychodząca z P43® zanika z szybkością, która jest odwrotnie proporcjonalna do odległości od dyszy i wprost proporcjonalna do średnicy dyszy. A więc, dla zadanej średnicy dyszy istnieje określona prędkość przepływu oraz prędkość wylotowa strumienia ropy taka, że końcowa prędkość tego strumienia w pewnej określonej odległości od P43® będzie wystarczająca do wytworzenia zawiesiny szlamu ropy naftowej.

          Aby przepchnąć tę ropę poprzez urządzenie P43® niezbędna jest pewna minimalna różnica ciśnienia na P43®. A więc, przy zadanym promieniu czyszczenia dysze o dużej średnicy będą potrzebowały mniejszych szybkości przepływu przy odpowiednio wyższych różnicach ciśnień. Relacje te umożliwiają nam dostosowanie warunków pracy P43® do wydajności pomp w terminalu przetwarzania/przeładunku lub wydajności przewoźnych zestawów pomp (obsługiwanych przez nas).

         W przypadku najczęściej stosowanych linii wlotowych/wylotowych, poprzez które zamierza się prowadzić recyrkulację zawartości zbiornika, do istniejącej linii wylotowej zbiornika dołączane jest ssanie. Następnie doprowadzane jest do pompy, przez którą jest zawracane do linii wlotowej zbiornika. Mając odprowadzenie tuż przy zaworze wylotowym zbiornika i zamykając zawór wylotowy można skierować przepływ przez P43®.
W przypadkach, gdzie istnieje wspólna linia wlotowa-wylotowa będzie kierowany do linii sąsiednich zbiorników, gdzie odprowadzenie gdzieś przy zaworze wlotowym będzie stanowić linię zasilającą do P43®. W wyniku zamknięcia zaworu wlotowego na sąsiednie zbiorniki przepływ zostanie skierowany do układu P43®.

          Jeśli uruchamia się P43® na zbiorniku napełnianym, przepływ może być prowadzony przez zawór wylotowy zbiornika, a następnie po napełnieniu zbiornika, zawór ten zostanie zamknięty kierując przepływ do P43®.

          Dokładne wytłumaczenie zasad montażu może być przedstawione przez naszych specjalistów z Wielkiej Brytanii.

          DANE TESTOWE P43®

        Wykonano kilka testów systemu, w warunkach przemysłowych; jeden z nich wykonano na zbiorniku o pojemności 500.000 baryłek i średnicy 252 stóp w Gulf Oil Transhipment Terminal w Bantry Bay w Irlandii.

          W tym szczególnym przypadku cały stożek zbiornika, aż do dolnej części drzwi włazu, był zapełniony szlamem (16.000 baryłek szlamu). Trzy montowane do ściany P43® zostały zainstalowane około 120 stopni od istniejących drzwiczek włazu zbiornika. Zaledwie po 15 godzinach pracy, około 14,000 baryłek szlamu zostało wprowadzonych w stan zawiesiny. Następnie P43® uruchomiono na kolejne 16 godzin, po którym to czasie wprowadzonych zostało w stan zawiesiny 15.000 baryłek szlamu. Po otwarciu zbiornika widać było spoiny na płytach dna oraz jeden z wzmacniających nadlewów nóg pokrywy. A więc w ciągu 30 godzin działania P43® osiągnęliśmy to, na co należałoby poświęcić od 2 do 6 tygodni używając konwencjonalnych metod odszlamiania. 

          Po testach w Gulf Oil Bantry Bay, Gulf zlecił nam wykonanie sześciu montowanych do ściany P43®, dla dwóch zbiorników o pojemności 500.000, ponieważ niezbędne było magazynowanie miliona baryłek ropy w strategicznym magazynie rządu Irlandii. Ich poprzednie doświadczenia wskazywały, że uruchamianie posiadanych, bocznie wprowadzanych mieszadeł śmigłowych, których zadaniem było zapobieganie przed osadzaniem szlamu w zbiornikach magazynowych ropy naftowej, było bardzo kosztowne. 

           Po zainstalowaniu P43® Gulf udostępniał nam dane robocze. Odnośnie ilości ropy, jedną z najbardziej interesujących informacji było to, że ilość ropy wzrosła netto o 20.000 baryłek, co było wynikiem samego tylko lepszego mieszania i uzyskania jednorodności zawartości zbiorników jako efekt działania P43®. Zarówno destylacja wody, jak i B.S oraz W. wykazały jednorodność w całym zbiorniku, co umożliwiało łatwiejsze obliczanie całkowitej ilości węglowodorów, będących w dyspozycji. 

         Bezpośrednimi efektami zainstalowania P43® było zaoszczędzenie ok. 142,000.00 dolarów U.S. na koszty energii elektrycznej dzięki temu, że można było wyłączyć posiadane mieszadła śmigłowe i włączać P43® tylko raz w miesiącu na każdym zbiorniku na 24 godziny. Okazało się także, że ponownie wprowadzony w stan zawiesiny szlam osiadał bardzo powoli, z prędkością mniej niż 3 cale na miesiąc.

            TESTY W WARUNKACH ROBOCZYCH

           Aby uzyskać pewne dane wpływu, działania on-line, przeprowadziliśmy następnie testy w Irish Refining Companies, Whitegate Refinery. Uzyskaliśmy z Whitegate następujące dane:

         Testy te także potwierdziły mechaniczną integralność P43®. W danym przypadku był to układ centralnie montowany, który bezczynnie spoczywał w centrum zbiornika przez okres pięciu miesięcy. 

           W drugim zbiorniku, w którym były zainstalowane dwa montowane do ściany P43® sprawdzano sekwencyjną pracę urządzeń P43® do wstępnego odszlamiania. P43® mogą być uruchamiane kolejno, w przypadku, gdy na instalacji występują ograniczenia ze strony możliwości pompowania. Ta metoda zwiększa jednak niezbędny czas na odszlamianie zbiornika proporcjonalnie do liczby urządzeń. 

           Ponieważ osadzanie szlamu trwało pięć miesięcy, a nie jak zalecano jeden miesiąc, niezbędne było wymieszanie ropy ze zbiornika, który został oczyszczony za pomocą P43® z ropą z innego zbiornika, aby uzyskać produkt o odpowiednich danych technicznych do przetwarzania w rafinerii. Przeprowadzone rozmowy z personelem rafinerii, po przetworzeniu ropy poddanej działaniu urządzeń P43® wskazują, że nie było problemów z zanieczyszczeniem wymienników ciepła, co stwierdzono korzystając z systemów monitorowania.

            WSKAŹNIKI EKONOMICZNE I EKSPLOATACYJNE

           W analizowaniu działania systemu P43® mogą być stosowane następujące wskaźniki: 

           Stosowanie układów P43® jest (maksymalnie) o 50% mniej kosztowne w porównaniu ze stosowaniem bocznie wprowadzanych mieszadeł śmigłowych. 

            P43® wykazały możliwość zastąpienia wysokich kosztów energii elektrycznej, związanej z nieprzerwanym działaniem mieszadeł, na znacznie niższe koszty związane z okresowym pompowaniem. 

           P43® w odróżnieniu  od   bocznie  wprowadzanych  mieszadeł  śmigłowych, efektywnie i szybko wprowadzają ponownie szlam, w stan zawiesiny, nawet jeśli już osiadł na dnie zbiornika. 

           P43® umożliwia   wyeliminowanie   kosztownych  i   niebezpiecznych ręcznych operacji odszlamiania dzięki zapobieganiu gromadzenia się szlamu na dnie zbiornika.
            Operacje odszlamiania za pomocą P43® są szybkie, co powoduje skrócenie czasu planowych konserwacji i przestojów kontrolnych. 

            P43® umożliwia utrzymanie zdolności magazynowania posiadanych zbiorników przez dłuższy okres czasu i daje pewność, że jest przechowywana ropa a nie szlam.

        Z  punktu widzenia obsługi i działania  można  osiągnąć lepsze wyniki inwentaryzacyjne zapasów ropy naftowej. Poprzednie metody szacowania objętości szlamu i jakości często były przyczyną niespodziewanie wysokich kosztów odszlamiania podczas przestojów konserwacyjnych zbiornika.

            Podsumowując, urządzenia P43® są najbardziej wydajnymi urządzeniami do redukcji osadu w zbiornikach magazynowych. Obecnie nie ma innej technologii, która byłaby w stanie efektywniej wprowadzać ponownie w stan zawiesiny osad ropy naftowej w zbiornikach magazynowych w tak krótkim czasie.

            OPIS P43®

           Ciężar urządzenia wynosi w przybliżeniu 350 funtów (1 funt= ok. 0.45 kg). Wysokość 30 cali (1 cal = 2.54 cm). Posiada dysze, których średnica waha się od 2 do 4.5 cali, a w górnej części kryzę 8 -calową w standardzie ANSI. Urządzenie może być instalowane w istniejącym włazie ściany zbiornika podobnie jak konwencjonalne, bocznie wprowadzane mieszadło śmigłowe lub może być zainstalowane w centrum zbiornika. Dysze są ustawiane równoległe do dna zbiornika. Sposób działania urządzenia polega na pompowaniu ropy naftowej do górnej części urządzenia. Część tego przepływu ropy obraca wirnik, znajdujący się w środku urządzenia. Wirnik ten obracający się z dużą prędkością, poprzez szereg przekładni zębatych przekazuje powolne obroty do zewnętrznej obudowy P43®. Ropa przepływa albo przez jedną dyszę albo przez obie równocześnie, kierowana na dno zbiornika. Ponieważ urządzenie nieznacznie wiruje ten strumień ropy podmiata szlam wprowadzając w stan zawiesiny wznosząc go i rozprowadzając jednorodnie w całej objętości.